计算机实训室信息化管理平台设计

申晓改

（石家庄职业技术学院，河北 石家庄 050000）

1 引言

随着网络云服务教育及管理模式的兴起，各大高校在专业课程教学、教育服务管理方面，也开始利用网络大数据及云计算技术、云桌面服务平台，进行一系列实训实验室、信息化管理系统的开发建设。通过在多种交换机、路由器、服务器、存储器等硬件支持下，采用VMware vSphere虚拟化平台、VMwareWorkstation软件，构建涵盖计算机网络实训环境、信息化实训业务管理、实训资源调度模块的系统结构，可实现计算机课程资源整合、远程客户端接入、模拟实训、数据存储等的全方位管理，在降低计算机实训信息管理成本的同时提高教育教学质量[1]。

2 计算机实训室信息化管理平台实现的软硬件设置

当前某高校内部存在有多台网络计算机，由于计算机微处理器、内存、存储等硬件配置低，难以满足虚拟化环境的搭建与设置要求，且内部也缺乏构建虚拟机的ESXi服务器装置，因而需对现有的计算机实训室机房作出改造，包括网络接入交换机、网络计算机、后台服务器等硬件，以及虚拟环境下软件安装、网络配置的改造[2]。

2.1 计算机实训室管理系统的硬件资源

上述高校内包含6个计算机实训室，每个实训室安置有网络计算机40台以上，通过G1/0/1、G1/0/2、G1/0/3、G1/0/4、G1/0/5、G1/0/21、G1/0/22等的核心交换机端口，与6类光纤接入网络相连接，所使用网段为192.168.1.0/24[3]。

在此基础上，按照每台服务器搭建40台虚拟机运行环境、服务20台网络计算机的配置，新增12台ESXi服务器主机用于虚拟机安装。这里选取联想IBMX3850系列(双千兆网卡)、IBM DS3512磁盘阵列，单台磁盘阵列配置8块2T SAS硬盘，作为数据库服务器、管理服务器等使用。而在计算机实训室光纤交换机、路由器等的配置方面，采购2台华为S6506R核心交换机、1台NE20-8企业路由器，其中核心交换机具有千兆以太网端口20个、GBIC千兆接口8个，搭建起多个计算机实训室与校园网络之间的通讯连接。

2.2 网络访问控制列表的设置

计算机实训室内部网络采用星型拓扑结构，在考虑到VLAN网络开放性、安全性、可扩展性的基础上，设置ACL访问控制列表，划分VLAN1(192.168.1.0/24)、VLAN2(172.16.1.0/24)、VLAN3(172.16.10.0/24)、VLAN4(172.16.1.0/25)等虚拟机子网，以及VLAN5(192.168.1.0/140)计算机实训教育子网，并通过E026交换机隔离端口的接入，实现不同子网之间的互相访问，整个网络拓扑结构设计如图1所示[4]。

图1 计算机实训室网络访问控制的拓扑结构

2.3 计算机实训室管理系统的软件设置

在Windows Server 2012R2服务器操作系统环境下，按照每个计算机实训室安置2台ESXi服务器的标准，构建VMware vSphere虚拟化开发平台，安装vCenter Server6.0、VMware ESXi6.0的软件运行环境，以及从vCenter模板中快速创建、大量部署虚拟机，并通过端口聚合技术增加网络带宽、分配服务器资源负载，以保证虚拟机内不同任务功能的顺利执行。

（1）vCenter Server6.0安装。vCenter Server作为VMware vsphere开发平台的虚拟化架构，通常用于虚拟机复制或迁移、ESXi主机集中管理等的服务。在vCenter Server6.0可扩展架构安装的过程中，建议选用8核CPU、16G内存或更高配置的网络计算机，将ESXi服务器工具加入到vCenter管理平台，用于新建数据中心、添加ESXi主机服务器的IP地址。同时选择嵌入式部署方式，进行应用程序数据库、安装目录等的部署，设置SSO登录用户名、密码等相关信息，在“许可”标签点击、添加新的许可证，并检验分配许可证的有效性。

（2）VMware ESXi6.0安装。从VMware官网下载VMware-VMvisor-Installer镜像文件，打开workstation 14，依次选择“文件”—“新建虚拟机”，设置虚拟机内存、以太网络连接方式，系统会提示Esxi6.0安装到的硬盘目录，安装完成后点击“开启此虚拟机”—“重置该虚拟机”，按＜F2＞进入主机配置模式，配置主机网关、管理地址及网卡vmnic。

（3）ESXi主机添加、虚拟机复制。“创建数据中心”—“新建主机和群集”操作完成后，输入“datacenter”并右键“添加主机”，在“添加主机”的名称和位置页面，输入ESXi01主机名或IP地址，采用同样方式添加ESXi02等主机。

随后在vCenter模板中快速大量部署虚拟机，依托Windows 2012R2服务器操作系统，通过CD/DVD挂载虚拟机镜像，镜像文件命名为stu101、存放于本地datastorel磁盘，stu101虚拟机的IP地址、网络协议分别设置为172.16.10.1/24、172.16.10.254/24。虚拟机部署完成后，右键点击“克隆为模板”—“从此模板部署虚拟机”指令，将复制的新虚拟机命名为stu102，其他诸如IP地址、sid等与原虚拟机保持一致，照此方案在每台服务器中复制40台虚拟机，用于支持计算机实训室的实验及教学管理操作。

3 高校计算机实训室的云桌面服务与管理系统

利用ESXi服务器部署的多台虚拟机，以及ESXi物理网络、虚拟网络支持下，可搭建起用于身份认证、人机交互、仿真实验的高校云服务管理系统，计算机实训室云桌面服务系统，主要包括基础设施层、服务与管理层、前端用户层等的组成架构，具体如图2所示[5]。

图2 高校计算机实训室的云桌面应用架构

3.1 基础设施层

基础设施层作为多种计算机实训业务、应用服务的基础硬件支撑层，通常存在后台服务器、存储器、网络通信协议、交换机、路由器等硬件，以及ESXi服务器设备的虚拟化资源池，其也属于云桌面中应用功能实现的基础层级。不同硬件设备之间可经由I/O接口形成连接，并利用RDS、ICA等网络传输协议，实现云服务平台中的虚拟机任务响应、数据信息整合[6]。

3.2 服务与管理层

服务与管理层为计算机实训室云桌面平台的中间层，主要借助于VMwareWorkstation可扩展插件工具，提供包含用户身份认证、虚拟机配置管理、数据资源管理、数据处理计算、远程接入、数据存储、性能监测等的软件服务。其中软件服务模块分别负责相应的功能实现，如针对不同客户机的计算机门户网站、实训网络资源访问，往往设置云桌面的用户与权限分配窗口，选择“SSO”—“添加标识源”等指令，设置“名称do”“域名shkg.net”“用户名及密码”，保证用户登录权限验证，以及数据资源传输、存储与共享等软件服务执行的安全性。

同时云桌面应用系统的远程接入模块，可根据虚拟机中计算机实验实训的课程、任务安排，接入经由用户认证的客户端、虚拟化实验环境，由课堂教师为主导，加强不同计算机实训实验的远程监督与管理。

3.3 前端用户应用层

前端应用层为虚拟化云桌面、客户端之间交互的连接层，主要包括主机申请、人机交互、计算机仿真实训实验等模块。通常在ESXi主机中设置Web浏览器站点，以网页窗口形式作为与师生用户、移动客户端交互的渠道，根据不同客户的访问权限，进行虚拟化数据任务、实训实验仿真请求的业务执行对接，并将计算机仿真实验结果回传至后台服务器。

4 计算机实训室信息化平台的管理功能实现

高校计算机实训室的信息化管理系统，主要包括信息化实训环境展示、业务管理、资源调度等的组成部分，不同模块分别负责计算机实训资源的调度与存储管理，以及计算机实训视频展示、软件服务管理的工作任务，具体结构如图3所示。通过不同互联网实训模块的协同合作，可以实现计算机实训课程安排、实验资源管理、实训室环境管理、实训设备管理的任务要求。

图3 计算机实训室信息化平台的管理功能模块

4.1 用户与权限分配管理

在VMware vCenter可扩展管理环境的支持下，使用域控制器接入与验证模式，调用shkg.net域中的组向用户方案，建立外部客户的test0l账户，选取虚拟机stu01中的“权限”指令，进行test0l用户、虚拟机任务的配对，根据用户需求配置ESXi服务器资源。如将test0l、test02……test40的外部账户，分别与ESXi01、ESXi02等主机中的虚拟机进行配对，来有效完成师生启动虚拟机的权限管理、流量分配。

4.2 实训门户网站、AI视频建设与管理

根据计算机实训实验的专业建设要求，可通过依托后台数据库、ESXi服务器、存储器等硬件，利用JSP、ASP、CGI等的网页开发程序，搭建用于计算机实训室简介、课程管理、实训教学资源管理的门户网站，为教师课程教学、学生实验实训内容访问提供支持。

而在计算机实训AI视频的建设方面，则借助于大数据挖掘技术、云计算服务平台，搜集有关不同计算机实训的文本、图像、声音和视频资源，剪辑制作成为一系列的教学引导、上级实操视频，在计算机实训门户网站中进行滚动播放，完成某些计算机实验的全景展示、教育资源对外宣传。

4.3 实训室开放共享管理

计算机实训室的开放与共享管理模块，主要负责远程的计算机实验实训课程、任务安排接入，以及计算机实训室管理平台、OA教务系统之间的资源与任务衔接，在整个管理系统中起到教育资源、软件服务互联的作用。如校内教师在用户权限认证后，进入开放与共享管理模块，可查看每学期计算机实训课程的开展状况、学生实训任务执行情况，以及将不同计算机实训的教学资源，上传共享至该模块，为其他学生的浏览、调取与使用提供方便。学生也可在进入开放与共享管理模块后，在教师引导、海量课程资源的指导下，积极投入到某一实践项目的学习与开发之中，以提升计算机实训室的资源流转、业务执行效率。

4.4 实训室监控管理

实训室监控管理的模块，是在RFID射频识别技术、摄像机拍摄技术的支持下，对计算机实训的课程教学、学生实验参与、线上线下考试等的全过程，作出全面的实训业务监控、数据搜集与处理、上传与备份管理。该计算机实训实验监控管理过程中，业务执行模块会通过采取界面弹窗、声光报警等的方式，提醒实训课程教学、学生实验参与中存在的异常状况，且监控管理数据以报表形式输出，用户可登录后台查询实训室监控的历史记录。

4.5 实训教学资源库、知识库管理

计算机实训教学资源库、知识库模块，涵盖了计算机专业内的所有实验实训资源，包括不同年级的基础课程资源、课外教学资源、技能竞赛资源、计算机认证考试资源等，多种实训教学知识库数据被存储至ESXi服务器。当外部教师或学生客户端(vmworkstation)，远程连接与登录至ESXi服务器后，即可对自身对应虚拟机内的计算机实训课程资源、教研备课资源、技能竞赛资源，进行相关数据资源的查看、调取与使用，而计算机实训教学资源库的管理数据，会及时作出更新与显示。

4.6 实验实训日志管理

实验实训日志管理模块，包括实验实训教师日志、管理员值班日志、安全检查日志等的管理内容。计算机实训实验教师的课程表安排、实训教学进度等，都会以实验实训日志的形式，进行每日的报表生成与更新，同时管理员值班日志、安全检查日志等的数据信息，也会以每周、每学期、每学年的实践进度，做好管理任务执行、安全检查工作执行、岗位调度的电子化统计录入，通过日志报表形式分类存储于ESXi后台服务器，以便于部门领导、检查人员的查验指导。

5 结语

高校计算机网络实训室管理平台的搭建，要根据不同实验的软硬件需求，依托.NET、VMware vSphere开发平台，以及RDS和ICA网络传输协议、数据库、后台服务器，进行虚拟化平台硬件、软件服务工具的开发设置，能够有效解决传统计算机实训室存在的软件资源有限、模拟实训环境不完善、远程接入与共享困难、可扩展性差等的问题。